Phenomenon of hysteresis of soil water retention capacity (review) | Феномен гистерезиса водоудерживающей способности почвы (обзор)

English. The manifestation of hysteresis in soil water retention capacity is usually described through the difference in suction pressure during soil moistening and drying at the same soil moisture content, graphically represented by the divergence of main hydrophysical characteristic (MHC) curves plotted in soil moisture–suction pressure coordinates. The study's relevance stems from the potential to apply physical principles and mathematical models of hysteresis to refine irrigation regimes for agricultural crops and maintain ecosystem stability in arid areas. The work aims to analyze methods and approaches for constructing MHCs that incorporate sound physical principles, account for hysteresis, include an appropriate parameter set and mathematical apparatus, and feature software modules suitable for practical use in designing precision irrigation regimes. A review of 118 research sources reveals that despite extensive methodological and empirical studies across diverse soils and agro‑climatic conditions, no universally accepted methodological approach exists in the scientific community for describing hysteresis and integrating it into MHC models. Although machine‑learning models show high to very high agreement with measured data (R² = 0.84–0.99) and other statistical approaches are used, challenges remain regarding regional dependence of such models and their adaptation to other regions.

Russian. Проявление гистерезиса водоудерживающей способности почвы обычно описывается через различие величины всасывающего давления почвы в процессе ее увлажнения и иссушения при одинаковом значении почвенных влагозапасов и графически представляется разницей в кривых основной гидрофизической характеристики (ОГХ), построенной в координатах влажности почвы и всасывающего давления. Актуальность исследования обусловлена возможностью практической реализации физических принципов и математических моделей, описывающих процесс гистерезиса, для уточнения режимов орошения сельскохозяйственных культур и сохранения устойчивого экосистемного состояния засушливых территорий. Цель работы – анализ методов и подходов построения ОГХ, имеющих обоснованные физические принципы, учитывающие процесс гистерезиса, соответствующий набор параметров и математический аппарат для его описания, а также модули программной реализации, ориентированные на возможность их практического использования при формировании прецизионных режимов орошения. Проведенный в работе обзор исследований в данном направлении (118 источников) позволяет сделать вывод, что несмотря на широкий диапазон исследований как в методическом плане, так и в отношении различных типов почв и различных агроклиматических условий, на сегодняшний день не существует единого признанного в научной среде методологического подхода к описанию феномена гистерезиса и решению этой задачи для описания ОГХ. Несмотря на высокую и очень высокую степень связи получаемых с использованием машинного обучения моделей с измеренными данными (уровень связи R² от 0,84 до 0,99), а также при использовании других статистических подходов, остаются нерешенными вопросы необходимости учета региональной зависимости таких моделей и их адаптации для других регионов.